CN109641181A - 具有集成层压带的间隔件薄膜 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用于过滤隔膜的间隔件，其由穿孔薄膜形成。所述间隔件包含可用作集成层压带的未穿孔区域，其有利地省略编织及非编织间隔件织物所需要的单独层压步骤的需求，同时还提供具有均匀厚度的间隔件。
Description
背景技术
用于各种气体、液体、化学物质及水过滤应用中的过滤器通常包含紧邻过滤隔膜的间隔件，其用于改进所述过滤器的流动及工艺处理量。
发明内容
本发明涉及过滤器的间隔件薄膜，且还涉及制造及使用允许改进过滤器中的跟踪及改进过滤器中的流动的间隔件薄膜的方法。
附图说明
前述将从如附图中所说明的本发明的实例实施例的以下更特定描述显而易见，其中在全篇的不同视图中相同参考符号是指相同零件。所述图式不一定按比例，而是强调说明本发明的实施例。
图1是说明根据本发明的版本的间隔件薄膜的示意图。
图2A是说明根据本发明的版本的间隔件薄膜在层压之前的横截面的示意图。
图2B是说明根据本发明的另一版本的经层压间隔件薄膜及隔膜堆叠的横截面的示意图。
图3是包含根据本发明的一个版本的间隔件薄膜的过滤器的透视图。
图4是说明包含经折叠过滤隔膜及本发明的间隔件薄膜的过滤器的横截面的图。
图5是说明具有过滤隔膜的本发明的间隔件薄膜的分层的图。
图6是说明包含螺旋缠绕过滤部件及本发明的间隔件薄膜的过滤器的横截面的图。
图7是说明过滤过程的图。
具体实施方式
尽管将参考本发明的实例实施例特定展示且描述本发明，但所属领域的技术人员将理解，可在其中不背离所附权利要求书所涵盖的本发明范围的情况下，对形式及细节作出各种改变。
尽管描述各种组合物及方法，但应理解，本发明不受限于所描述的特定组合物、设计、方法或协议(因这些可变化)。还应理解，描述中所使用的术语仅出于描述特定版本或版本的目的，且并不希望限制仅由所附权利要求书限制的本发明的范围。
还须注意，除非上下文另有清楚指示，否则如本文中及所附权利要求书中所使用的单数形式“一(a、an)”及“所述”包含复数参照物。因此，例如，“过滤器元件”的参照物是一或多个过滤器元件及所属领域的技术人员已知的其等效物的参照物等等。除非另有定义，否则本文使用的所有技术及科学术语具有如所属领域的一般技术人员所普遍理解的相同含义。与本文中描述的方法及材料类似或等效的方法及材料可用于本发明的版本的实践或测试。本文中所提及的所有公开案以全文引用方式并入本文中。本文中所有内容不应解译为认同本发明没有权利凭借先前发明而提前此揭示。“任选”或“任选地”意味着：随后所描述的事件或情况可发生或可不发生，且所述描述包含其中发生所述事件的例子及其中不发生所述情况的例子。无论是否明确指示，本文中的所有数值均可由术语“约”修改。术语“约”大体上是指所属领域的技术人员将视为等同于所列举的值(即，具有相同功能或结果)的数值的范围。在一些版本中，术语“约”是指所述值的±10％，在其它版本中，术语“约”是指所述值的±2％。尽管以“包括”各种组件或步骤(解译为意味着“包含(但不限于)”)的措辞来描述多种组合物及方法，但所述组合物及方法也可“基本上由各种组件及步骤组成”或“由各种组件及步骤组成”，且此类术语应解译为界定基本上封闭的部件群组。
以下是对本发明的实例实施例的描述。
过滤器通常包含紧邻过滤隔膜、位于过滤隔膜之间及/或围绕过滤隔膜的间隔件。间隔件通常由编织织物或非编织织物形成，例如形成开口网眼材料的网状纤维或挤压纤维，以允许流动通过过滤器及/或增大流动的湍流，同时不对跨过滤器的压力下降给予可测量的贡献。替代地，间隔件可称为筛，且可在过滤器内提供多种功能。举例来说，过滤器中可包含进料间隔件以防止过滤隔膜黏着到自身，且防止过滤器进料的通道现象，这两种情况减少所述过滤器的生产率。间隔件可另外对过滤隔膜提供支撑及保护。举例来说，间隔件可通过缓冲所述隔膜且防止所述隔膜磨蚀自身或位于过滤器外壳中的其它元件来防止对隔膜的损害。另外，间隔件可在结构上支撑过滤装置内的经折叠或未经折叠的隔膜复合结构。
与编织纤维及非编织纤维筛相反，本发明的版本包含由经穿孔薄膜形成的间隔件。本发明的间隔件薄膜包含可用作集成层压带的未穿孔区域，其有利地省略对编织及非编织间隔件织物所需要的单独层压步骤的需求，同时还提供具有均匀厚度的间隔件。另外，薄膜比编织及非编织间隔件织物更不可能在x-y平面中压缩。因而，当本发明的间隔件薄膜被层压到隔膜的边缘时其有利地防止隔膜在装置构造及/或应用处理期间收缩。
图1说明根据本发明的版本的一片间隔件薄膜。间隔件薄膜100具有中央部分110，其包含多个穿孔120及两个未穿孔区域130a、130b，其位于薄膜100的相对边缘132、134处。未穿孔区域130也可称为集成层压带。穿孔120被说明为基本上椭圆形形状；然而，其它配置是可行的。间隔件薄膜穿孔可具有其它形状，例如圆形、三角形或不规则形状，且同一片间隔件薄膜中可包含不同形状。
如图1中所展示，穿孔120基本上呈行及列对准；然而，其它几何定向或图案是可行的。穿孔图案可具有用于多个应用的通用配置，或可使穿孔图案特定用于特定应用中。举例来说，可偏移穿孔及/或可将穿孔定向于对角线上。另外，穿孔可以不同间隔间距发生。可将穿孔间隔约10μm x 10μm或以上(例如，约10μm、约20μm、约30μm、约40μm、约50μm、约100μm的任一尺寸)。替代地，穿孔可具有随机间隔。可基于所要应用选择穿孔定向(例如，线性或偏移)、穿孔形状及大小及穿孔间隔。
与编织纤维及非编织纤维织物相反，本发明的版本包含将经穿孔薄膜作为间隔件材料。通常，编织纤维及非编织纤维间隔件织物的厚度为从约30μm到约180μm，且通常为至少约55到约65μm。本发明的间隔件薄膜可经浇铸以具有约等于或小于编织纤维及非编织纤维间隔件织物的典型厚度的厚度。举例来说，本发明的间隔件薄膜可经浇铸以具有约20μm到约180μm、或约30μm到约55μm的厚度(例如，约29.5μm、约35μm、约40μm、约45μm、约50μm及约55.5μm)。所述薄膜可经浇铸且穿孔成几何图案(例如穿孔120(图1))，其允许流动通过所述间隔件薄膜。由于过滤器外壳通常提供为标准大小，因此可期望在所述过滤器中包含较薄间隔件。较薄间隔件比具有较厚间隔件材料更可能允许将较大长度的过滤隔膜包含于给定过滤器外壳中。包含于过滤器中的额外隔膜提供用于过滤的额外表面积，借此增大过滤器的生产率。本发明的薄膜具有比非编织及编织间隔件更高的抗屈曲性，其提供更精确流动通道以减轻与编织及非编织表面相关联的摩擦损耗。
图2A中说明间隔件薄膜400的横截面。薄膜400具有穿孔中央区域410及未穿孔边缘430，在层压之前，其可具有不同厚度。中央区域410的厚度TC可小于未穿孔边缘430的厚度TL。厚度TC与TL之间的差异可归因于沿所述薄膜的边缘的未穿孔区域430趋向于相对于穿孔区域410膨胀或卷曲。
未穿孔区域430可用作集成层压带以将间隔件薄膜400的边缘密封到过滤隔膜。因此，未穿孔区域430可消除对用以对隔膜执行所述间隔件的边缘层压的单独制造步骤的需求。在过滤器的制造过程的每一步骤均可发生污染，其中额外材料被引入到所述过滤器或所述过滤器的组件受到操纵。随着原料的数目增加，更加难以生产无菌装置。因此，可期望消除制造步骤及/或在制造过程期间引入额外材料。通常，通过层压或密封过程来使间隔件黏附于过滤隔膜。所述层压过程通常涉及施加离散层压带或密封剂涂层于所述隔膜及/或间隔件的边缘。接着，所述过程可涉及施加热以完成层压及/或在所述间隔件及隔膜可被折叠或缠绕成过滤器元件之前要求用于固化的时间段。此类额外材料及制造步骤的引入将引入潜在化学及生物两者的污染源。具有用作集成层压带的未穿孔区域的本发明的间隔件薄膜有利地省略施加单独层压板或密封剂的需求，借此消除过滤器组装过程中的潜在污染源。另外，可在组装成(例如)折叠包装后执行本发明的间隔件薄膜的层压，借此消除对组装之前的离散层压步骤的需求。
在将间隔件薄膜层压到过滤隔膜之后，可获得跨所述间隔件薄膜的均匀厚度。举例来说，经浇铸以具有40μm厚度的间隔件薄膜400可具有40μm的中央区域厚度TC及80μm的未穿孔区域厚度TL。在将未穿孔边缘430层压到过滤隔膜之后，间隔件薄膜400可具有跨所述间隔件薄膜的宽度的均匀厚度约40μm。
如图2B中所进一步说明，各自相邻于隔膜420且经层压到所述隔膜的两个间隔件薄膜400a、400b具有均匀厚度。层压后，间隔件薄膜400a、400b的未穿孔区域在间隔件薄膜400a、400b及隔膜420的堆叠450的相对边缘上形成经层压区域440。未穿孔区域厚度TLA、TLB可相等于或约等于薄膜400a、400b的中央区域厚度TCA、TCB，使得堆叠450的宽度上方达到均匀厚度T。
跨所述间隔件薄膜的均匀厚度有助于折叠隔膜间隔件堆叠以形成经折叠过滤器元件，或缠绕隔膜间隔件堆叠以形成螺旋缠绕过滤器元件。在构造及操作两者期间，不均匀间隔件薄膜通常并未良好跟踪穿过过滤器组合件，且此外，不均匀间隔可损及已完成过滤器的结构及外观。
本发明的间隔件薄膜可由(例如)全氟烷氧基聚合物(PFA)、高密度聚乙烯(HDPE)、聚偏二氟乙烯(PVDR)、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚砜、聚四氟乙烯(PTFE)、超高分子量聚乙烯(UHMWPE)、聚乙烯(PE)、聚酰胺(例如尼龙)、聚碳酸酯及聚酰亚胺形成。形成本发明的间隔件薄膜的材料可与形成隔膜的材料相容。隔膜可由(例如)PTFE、聚丙烯、PE、超高分子量聚乙烯(UPE)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚砜、聚碳酸酯、聚酰亚胺及聚酰胺形成。在一些版本中，形成本发明的间隔件薄膜的材料相同于过滤隔膜的材料，借此避免间隔件薄膜与隔膜之间交叉污染的可能。在其它版本中，间隔件薄膜及隔膜可取决于应用而由不同材料制成。举例来说，针对用于对化学物质敏感但对温度不敏感的过滤器，过程可包含由PTFE制成的隔膜及由聚丙烯制成的间隔件。
本发明的间隔件薄膜可经放置于过滤隔膜的任一侧上，形成堆叠，如图5中所说明。图5中由箭头指示通过隔膜720过滤的进料流。堆叠700包含在隔膜720的上游侧上的间隔件薄膜710a(例如，用作进料筛)及隔膜720的下游侧上的间隔件薄膜710b(例如，用作渗透筛)。接着，间隔件隔膜堆叠700可经层压且经折叠以形成用于经折叠过滤器元件的折叠包装(图3)，或经层压且经缠绕以形成螺旋缠绕过滤器元件(图6)。虽然堆叠700包含两个间隔件薄膜(710a、710b)，但过滤器中可包含更多或更少的间隔件薄膜层。举例来说，过滤器可仅包含过滤隔膜的上游侧或下游侧上的一个间隔件薄膜层，例如其中仅期望进料筛或仅渗透筛。替代地，例如，过滤器可包含三个间隔件薄膜层，例如所述隔膜的上游侧上的一个间隔件薄膜层及所述隔膜的下游侧上的两个间隔件薄膜层，例如其中期望较厚渗透通道而非进料通道的情况(或反之亦然)。
图3中说明含有经折叠间隔件隔膜堆叠的过滤器。过滤器500包含外壳510，其中端盖520位于第一端处且流体配件530位于第二端处。芯540位于所述外壳内，折叠包装550围绕所述芯而定位。折叠包装550包含上游间隔件薄膜560a、过滤隔膜570及下游间隔件薄膜560b。出于说明目的，在分解图中展示折叠包装550。间隔件薄膜560a、560b通常沿最靠近端盖520的折叠包装的边缘(举例来说，边缘562a、562b及572)及最靠近配件530的边缘(举例来说，边缘564b及间隔件560a及隔膜570的对应边缘(图3中不可见))经层压到隔膜570。间隔件薄膜560a、560b层压到隔膜570保证进入过滤器500的进料不到达隔膜570的下游。
图4中展示包含经折叠过滤隔膜及间隔件薄膜的过滤器的一部分的横截面图，其中由箭头指示进料通过过滤器600的流径。进料进入折叠682之间的容积680的任何者且行进穿过上游间隔件薄膜660a。接着，通过隔膜670过滤所述进料，且所述进料行进穿过下游间隔件薄膜660b到芯640。间隔件薄膜660a、660b位于隔膜670的任一侧上，且有助于维持进料可行进穿过的折叠682之间的开口通道。
图6中说明含有螺旋缠绕的间隔件隔膜堆叠的过滤器的横截面图。过滤器800包含具有芯840的外壳810。上游间隔件薄膜860a占据围绕含有下游间隔件薄膜860b的隔膜包封670的空间。图6中由箭头指示进料穿过过滤器800的流径。通过隔膜870过滤的进料行进穿过下游间隔件薄膜860b，到达芯840。
制造过滤器(例如过滤器700、600、800)的方法包含将至少一个间隔件薄膜堆叠到相邻于过滤隔膜且层压所述边缘以形成经层压间隔件隔膜堆叠。所述方法进一步包含将所述间隔件隔膜堆叠折叠、堆叠或围绕自身或芯成螺旋，形成过滤器元件。接着，可将所述过滤器元件放置于外壳中，且可将热源施加于所述外壳的两端，引起所述间隔件薄膜的层压带与所述外壳的端接合。替代地，可省略先前将所述间隔件薄膜层压到所述过滤，其中在将所述经折叠或经螺旋缠绕的过滤器元件放置于外壳中且将热源施加于外壳之后，发生将(若干)间隔件薄膜层压到所述隔膜。还可采用超音波技术来提供给予聚合物流的导能器，引起密封发生。用作间隔件的编织及非编织织物通常不包含足以在没有额外层压材料及单独层压步骤的情况下完成层压到所述隔膜及/或接合到过滤器外壳的材料。有利地，本发明的间隔件薄膜不要求单独层压带及/或单独层压步骤。
图7说明穿过过滤器900的流径，过滤器900可含有经折叠间隔件隔膜堆叠(图3)或螺旋缠绕间隔件隔膜堆叠(图6)。图7中由箭头指示进料穿过过滤器的流径。包含污染物914的液体进料912行进到过滤器外壳910中。在进料到达芯940之前，其行进穿过间隔件隔膜堆叠(图7中未展示)时被过滤，经过滤进料920从芯940离开外壳910。
虽然已相对于一或多个实施方案而展示及描述本发明，但所属领域的其它技术人员将基于阅读及理解本说明书及附图而想到等效替代及修改。本发明包含所有此类修改及替代，且仅受限于所附权利要求书的范围。另外，尽管已相对于若干实施方案的仅一者而揭示本发明的特定特征或方面，但此特征或方面可与如任何给定或特定应用可期望或有利于任何给定或特定应用的其它实施方案的一或多个其它特征或方面组合。此外，就在详细描述或权利要求书中使用的术语“包含”、“具有(having/has/with)”或其变体来说，希望以类似于术语“包括”的方式包含此类术语。此外，术语“示范性”仅意味着实例而非最佳实例。还应了解，出于简化的目的且便于理解，本文中所描绘的特征及/或元件以相对于彼此的特定尺寸及/或定向来说明，且实际尺寸及/或定向可基本上不同于本文中所说明的尺寸及/或定向。
虽然本发明参考其的特定版本进行相当详细的描述，但其它版本也是可行的。因此，所附权利要求书的精神及范围不应受限于此说明书内含有的描述及版本。
本文中所列举的所有专利、公开申请案及参考的教示以全文引用的方式并入本文中。
Claims (15)
1.一种用于过滤器的间隔件，其包括：
薄膜，其具有基本上位于中央区域中的数个穿孔及位于所述薄膜的相对边缘上的至少两个未穿孔区域，所述未穿孔区域可层压到过滤隔膜。
2.根据权利要求1所述的间隔件，其中所述薄膜包括全氟烷氧基聚合物、聚乙烯、聚偏二氟乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二酯、聚砜、聚四氟乙烯、聚酰胺、聚碳酸酯或聚酰亚胺。
3.根据权利要求1所述的间隔件，其中所述薄膜包括全氟烷氧基聚合物。
4.根据权利要求1所述的间隔件，其中所述薄膜具有从约20μm到约180μm的未经层压厚度。
5.根据权利要求1所述的间隔件，其中所述薄膜具有从约30μm到约55μm的未经层压厚度。
6.一种过滤器元件，其包括：
至少一个根据权利要求1所述的间隔件；及
过滤隔膜，其相邻于所述至少一个间隔件，所述过滤隔膜及至少一个间隔件围绕芯折叠或卷起。
7.根据权利要求6所述的过滤器元件，其中所述薄膜包括全氟烷氧基聚合物、聚乙烯、聚偏二氟乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二酯、聚砜、聚四氟乙烯、聚酰胺、聚碳酸酯或聚酰亚胺。
8.根据权利要求6所述的过滤器元件，其中所述薄膜包括全氟烷氧基聚合物。
9.根据权利要求6所述的过滤器元件，其中所述过滤隔膜包括全氟烷氧基聚合物、聚乙烯、聚偏二氟乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二酯、聚砜、聚四氟乙烯、聚酰胺、聚碳酸酯或聚酰亚胺。
10.一种过滤器，其包括：
外壳；
过滤隔膜；及
至少一个间隔件，其相邻于所述过滤隔膜，所述间隔件包括薄膜，所述薄膜具有基本上位于中央区域中的数个穿孔及位于所述薄膜的相对边缘上的至少两个未穿孔区域，其中所述未穿孔区域经层压到所述过滤隔膜，且所述过滤隔膜及至少一个间隔件围绕在所述外壳内的芯折叠或卷起。
11.根据权利要求10所述的过滤器，其中所述薄膜的所述未穿孔区域经接合到所述外壳。
12.根据权利要求10所述的过滤器，其中经层压到所述过滤隔膜的所述至少一个间隔件防止所述过滤隔膜在操作期间收缩。
13.根据权利要求10所述的过滤器，其中所述薄膜包括全氟烷氧基聚合物、聚乙烯、聚偏二氟乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二酯、聚砜、聚四氟乙烯、聚酰胺、聚碳酸酯或聚酰亚胺。
14.根据权利要求10所述的过滤器元件，其中所述薄膜包括全氟烷氧基聚合物。
15.根据权利要求10所述的过滤器元件，其中所述过滤隔膜包括全氟烷氧基聚合物、聚乙烯、聚偏二氟乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二酯、聚砜、聚四氟乙烯、聚酰胺、聚碳酸酯或聚酰亚胺。
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